К вопросу о бесконтактных генераторах переменного тока на подвижных объектах

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. В данной статье рассматриваются автотракторные индукторные генераторы отечественного и зарубежного производства с различной мощностью и конструктивным исполнением. Проведён сравнительный анализ индукторных генераторов по основным электромагнитным показателям и конструктивным исполнениям. По результатам сравнительного анализа сделаны выводы о конкурентоспособности отечественных индукторных генераторов и превосходстве над зарубежными аналогами.

Цель работы — исследование и сравнительный анализ тракторных индукторных генераторов с целью определения оптимальной конструкции, а также основных характеристик и параметров.

Материалы и методы. Расчёт магнитной цепи и характеристики холостого хода основан на методе последовательных приближений с помощью итераций. Для расчёта токоскоростной характеристики применяется известная методика с использованием диаграммы Блонделя.

Результаты. Проведён обзор и сравнительный анализ автотракторных индукторных генераторов отечественного и зарубежного производства, с различными магнитными системами и конструктивным исполнением. Определены преимущества и недостатки магнитной цепи индукторных генераторов как отечественного, так и зарубежного производства, которые отображены в сравнительных таблицах и токоскоростных характеристиках. Для проведения расчёта была выбрана оптимальная конструкция индукторного генератора с наиболее эффективными технико-экономическими показателями.

Заключение. Проведён расчёт магнитной цепи и характеристики холостого хода трёхфазного одноименнополюсного, однопакетного индукторного генератора 11.3701 с классической зубцовой зоной и двухполупериодным выпрямителем. Расчёт токоскоростной характеристики выполнен по известной методике с использованием диаграммы Блонделя методом последовательных приближений.

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Преимуществами генераторов с постоянными магнитами являются технологичные и простые конструкции, низкие потери, экономия обмоточной меди, а также такие генераторы не требуют создания отдельного источника питания. К недостаткам можно отнести сложность регулирования напряжения при переменных скоростях вращения и нагрузках.

Задачу повышения надёжности и долговечности тракторного электрооборудования с 2000–3000 моточасов до 4000–5000 моточасов можно было решить тремя путями: создание новых генераторов постоянного тока, применение генераторов переменного тока с постоянными магнитами и с электромагнитным возбуждением [1].

Разработанные генераторы с постоянными магнитами (ГТ1А; 573.00017 и др.) не отвечали требованиям к перспективным тракторным генераторам (по условиям компоновки и электрическим характеристикам). Поэтому задача создания генератора с повышенной надёжностью и долговечностью была решена путём создания бесконтактного генератора переменного тока с электромагнитным возбуждением. Надёжность такого генератора была значительно выше, т. к. в нём отсутствовал щёточно-коллекторный узел, поэтому долговечность генератора определялась в основном долговечностью подшипникового узла. Необходимо было создать генератор, обеспечивающий наилучшую экономичность, максимально простой по конструкции, технологичный [2].

Бесконтактные генераторы с электромагнитным возбуждением могут быть выполнены как с обмоткой на роторе (генератор с вращающимся выпрямителем), так и без них. Последние являются надёжными, экономичными, эти генераторы делятся на альтернативные и пульсационные.

У первых индукция в каждой точке статора меняется по величине и по направлению, и физические процессы в них аналогичны синхронным машинам с контактными кольцами. Примером такого генератора является генератор с когтеобразным ротором. Недостатком этого генератора является конструктивная и технологическая стоимость изготовления ротора.

У генераторов пульсационного типа (индукторных) индукция в каждой точке расточки статора изменяется во времени только по величине, не меняя направления. Этот тип машин позволяет создать более простые и надёжные конструкции, несмотря на худшее использование магнитного потока [3].

Индукторные машины делятся:

1) с аксиальным потоком (одноимённополюсные);
2) с радиальным потоком (разноимённополюсные).

Вторые проще в конструктивном исполнении, т. к. все обмотки расположены на статоре и нет необходимости проводить поток возбуждения через вал и крышки. Но расход обмоточного материала в таких генераторах значительно больше. Основной расход обмоточного материала приходится на обмотку возбуждения (пропорционально квадрату средней линии длины витка).

В генераторах с аксиальным потоком имеется возможность приблизить обмотку возбуждения к оси машины и тем самым уменьшить среднюю длину витка и уменьшить расход материала.

Вынесенная обмотка возбуждения позволяет полностью использовать расточку статора для размещения статорной обмотки, что увеличивает объём активной зоны якоря и электромагнитную мощность машины, т. е. при той же мощности можно уменьшить наружный диаметр корпуса.

Эти преимущества заставили отдать предпочтение бесщёточным генераторам с аксиальным потоком [6].

Индукторные генераторы с аксиальным потоком имеет исполнение: двухпакетные и однопакетные.

У двухпакетных генераторов обмотка возбуждения размещена между двумя пакетами статора и ротора. Двухпакетная конструкция сложна конструктивно и технологически. Главный её недостаток в том, что в генераторе без протяжной вентиляции обмотка возбуждения находится в неблагоприятных условиях с точки зрения теплоотвода.

Однопакетные генераторы проще конструктивно. Они также позволяют уменьшить длину витка обмотки возбуждения (ОВ) за счёт её приближения к оси машины. В этих генераторах обмотка возбуждения в крышке генератора, где имеются благоприятные условия для охлаждения.

Тракторные генераторы имеют закрытое исполнение. Магнитопровод в значительной части совмещён с конструктивными деталями, что позволяет получить хорошее использование генератора по весу [5].

Основные показатели использования индукторных генераторов определяются правильным выбором параметров зубцовой зоны.

Используется два вида зубцовых зон:

1) классическая;
2) гребенчатая.

Гребенчатая зубцовая зона позволяет увеличить частоту и, следовательно, уменьшить вес рабочей обмотки. Результаты исследования показывают, что максимальное использование машины получается при соотношении:

τ = (40÷60)δ,

где τ — величина полюсного деления; δ — величина одностороннего воздушного зазора.

Исходя из конструктивных и технологических соображений выбирают δ=0,35÷0,4 мм, и следовательно, τ=15÷25 мм. Величина наружного диаметра ограничена, поэтому оптимальной в этом случае является классическая зубцовая зона. Уменьшение частоты в конструкции с гребенчатой зоной компенсируется более выгодным характером кривой изменения во времени магнитной проводимости между зубцами ротора и статора. По сравнению с гребенчатой зубцовой зоной увеличивается амплитуда пульсации магнитного потока (отношение переменной составляющей потока холостого хода в зубце статора к постоянной составляющей). Одноимённополюсные машины могут выпускаться как однофазные, так и многофазные. Вопрос выбора оптимальной фазности связан со схемой выпрямителя и рядом других требований и поэтому трёхфазная система более удобна с точки зрения условий регулирования напряжения. Высокое использование обмотки якоря и способность самоограничения по току возможны при двухполупериодном выпрямлении тока [4].

Исходя из вышеизложенного в качестве оптимального тракторного генератора выбрали трёхфазный индукторный генератор, одноимённополюсный, однопакетный, с классической зубцовой зоной, с двухполупериодным выпрямителем.

Генератор имеет 16 полюсов. Питание потребителей – через встроенный выпрямитель, собранный по мостовой схеме на девяти диодах. Подшипники имеют возможность получать добавочную смазку через специальные маслёнки.

Из-за сложности регулирования напряжения при переменных частотах вращения и нагрузках бесконтактные генераторы с постоянными магнитами применяются там, где допускается широкий диапазон изменения выходного напряжения. Постоянство напряжения поддерживается параметрическим регулированием. Генераторы этого типа впервые начали выпускать в СССР (Г30, Г46, Г303). В дальнейшем на тракторах появились АБ, это потребовало применения принудительной регулировки напряжения, т. к. увеличились требования к диапазону выходного напряжения. Появились генераторы с параметрическим регулированием напряжения (ГТ-1А), генераторы с управляемым выпрямителем (Ducati, Италия) и т. д. [5].

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ТРАКТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ТИПА ГЕНЕРАТОРА (ГЕНЕРАТОРЫ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ)

Индукторные генераторы фирмы Niehoff (США) (рис. 1) являются одноимённополюсными пульсационными генераторами с внешнезамкнутым магнитным потоком.

 

Рис. 1. Схематический разрез генератора Niehoff: 1 — обмотка возбуждения, 2 — диоды выпрямителя, 3 —передняя крышка, 4 — корпус, 5 — пакет статора с обмоткой, 6 — задняя крышка, 7 — втулка, 8 — ротор.

Fig. 1. A schematic section of the Niehoff alternator: 1an excitation winding; 2rectifier diods; 3a front cap; 4a housing; 5a pack of a stator with winding; 6a rear cap; 7a bushing; 8a rotor.

 

Практически все индукторные генераторы относятся к этому типу. За рубежом также применяются в основном генераторы такого типа. Например, фирма Niehoff выпускает серию индукторных машин на 6, 12, 24, 32 В. Все генераторы фирмы однотипны по конструкции и предназначены для работы в тяжёлых условиях эксплуатации (пыль, грязь, песок, вода, пары горюче-смазочных материалов и широкий диапазон изменения температуры окружающей среды). Генератор имеет корпус в виде трубы, в которой вставлен пакет статора. Зубцовая зона аналогична генератору Г306. Зубцы пакета ротора для улучшения формы выходного напряжения и уменьшения магнитного шума имеют скос под углом 45° до середины пакета и затем тот же скос в противоположную сторону. Однако при этом мощность генератора снижается на 30%.

Втулка обмотки возбуждения, закреплённая в передней крышке генератора, входит во внутреннюю полость пакета ротора. При этом магнитный поток (основной) переходит непосредственно из втулки в пакет ротора, минуя вал, что улучшает весовое использование генератора.

Охлаждение генератора осуществляется собственным вентилятором, для прохождения воздуха имеются вентиляционные окна в крышках.

Генератор серии А-2-125 представляет собой объединённую конструкцию стандартных генераторов, соединённых между собой с помощью промежуточного стопорного кольца и кулачковой муфты. Генератор состоит из двух статоров с 3-х фазной обмоткой, стальных крышек с двумя выпрямительными узлами, соединёнными параллельно, и двух роторов со звёздочкой индуктора, соединённых между собой с помощью кулачкового зацепления через промежуточную резиновую прокладку. Обмотка возбуждения генератора в холодном состоянии имеет низкое сопротивление (R=1,6 Ом).

Индукторные генераторы фирмы Gallo (Италия) являются разноимённополюсными пульсационными генераторами с внешнезамкнутым магнитным потоком.

Фирма Gallo выпускает для грузового транспорта тяжёлого режима работы «супергенератор кондор», который представляет собой многополярную индукторную машину с ровным зубцовым шагом статора и ротора (машина Гюи). Машина имеет относительно малый внешний диаметр.

По конструкции машина приближена к генераторам постоянного тока. Она имеет корпус, изготовленный из трубы, к которой прикреплены четыре полюса, похожие на полюсы генераторов постоянного тока, но несущие на себе, кроме обмотки возбуждения, обмотку статора, расположенную в специальных пазах. На каждом полюсе расположены две катушки возбуждения: сериесная и шунтовая. Все сериесные катушки включены параллельно, шунтовые последовательно.

Недостатком генератора является то, что выходное напряжение при изменении нагрузки стабилизировано только за счёт подмагничивающего эффекта сериесной обмотки. Также стабилизация мало эффективна.

Motorola (США) выпускает индукторные генераторы с вращающимся выпрямителем.

Установки этой фирмы предназначены для работы в тяжёлых условиях. Они выпускались как модели серии SB.

Особенность генераторов этой серии — наличие в нём трансформатора, вторичная обмотка которого закреплена на валу ротора и вращается вместе с ним. Напряжение со вторичной обмотки подаётся на выпрямитель, вращающийся вместе с ротором, и подводится к обмотке возбуждения, расположенной между полюсными половинами. Переменное напряжение высокой частоты подаётся в первичную обмотку трансформатора от генератора высокой частоты, входящего в регулятор напряжения (РН). Установка имеет пятипозиционный переключатель, позволяющий изменять уровень напряжения регулятора. Максимальная частота вращения 6000 мин-1.

Генераторы с вращающимся выпрямителем фирмы BOSCH (Германия).

Примером таких генераторов является генератор Т4 (рис. 2). Срок службы генератора определяется сроком службы подшипников и составляет 300 000 км.

 

Рис. 2. Конструкция генератора с вращающимся выпрямителем: 1 — постоянные магниты индуктора подвозбудителя; 2 — обмотка якоря подвозбудителя; 3 — выпрямительное и регулирующее устройства; 4 — обмотка возбуждения индуктора возбудителя; 5 — обмотка якоря возбудителя; 6 — вращающиеся выпрямители; 7 — обмотка возбуждения индуктора основного генератора; 8 — обмотка якоря основного генератора; 9 — центробежный вентилятор.

Fig. 2. Design of an alternator with a rotating rectifier: 1permanent magnets of a subexciter inductor; 2a winding of a subexciter armature; 3rectifying and controlling devices; 4an excitation winding of an exciter inductor; 5a winding of an exciter armature; 6rotating rectifiers; 7an excitation winding of an inductor of the main alternator; 8a winding of an armature of the main alternator; 9a centrifugal fan.

 

Генератор имеет возбудитель в виде синхронной машины. Обмотка якоря подвозбудителя с выпрямителем и регулирующим устройством закреплены на корпусе машины. Обмотки ротора возбудителя через вращающийся выпрямитель питает обмотку возбуждения генератора, расположенную между когтеобразными полюсными наконечниками.

АКСИАЛЬНЫЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ОДНОПАКЕТНЫЕ ЭЛЕКТРОМАШИНЫ (ГЕНЕРАТОРЫ С КОГТЕОБРАЗНЫМ РОТОРОМ)

Рассмотрим аксиальные генераторы фирмы Delco Remy (США). Использование в бесконтактном генераторе когтеобразной магнитной системы объясняется стремлением приблизить конструкцию бесконтактного генератора к традиционному автомобильному.

Электромашины такого типа начиная с 50-х годов выпускает фирма Delco Remy (США). Сначала был выпущен генератор Delcotron с когтеобразными полюсами и консольным ротором. Генератор имеет встроенный выпрямитель и РН, а также масляную охлаждающую систему, подсоединённую к общей системе смазки ДВС. В дальнейшем фирма отказалась от консольного исполнения ротора, одновременно применив вытяжную вентиляцию.

 

Рис. 3. Разрез генератора Delco Remy серии 30-si тип 400: 1 — игольчатый подшипник; 2 — вал; 3 — задняя крышка; 4 — полюса; 5 — обмотка возбуждения; 6 — статор; 7 — обмотка статора; 8 — передняя крышка; 9 — магнитопроводящая втулка; 10 — передний подшипник.

Fig. 3. Section of the Delco Remy 30 Si 400 alternator: 1a needle bearing; 2a shaft; 3a rear cap; 4poles; 5an excitation winding; 6a stator; 7a stator winding; 8a front cap; 9a magnetic conducting bushing; 10a front bearing.

 

На рис. 3 показан эскиз магнитной цепи одного из генераторов фирмы Delco Remy серии 30-si тип 400 модели 1117481, 12 В, 90А. Генератор имеет встроенный выпрямитель, трансформаторно-выпрямительный блок и интегральный РН. Система возбуждения генератора представляет собой 16 полюсную систему. Полюсные половины прикреплены к кольцу из алюминиевого сплава. Одна из полюсных половин напрессована на вал ротора, другая — только висит в воздухе, поддерживаемая за когти алюминиевым кольцом. Внутри получившейся когтеобразной конструкции на вал напрессована магнитопроводящая втулка.

Аксиальные генераторы фирмы Marshall (Нидерланды). Генератор А 14/30 Fred предназначен для работы в системе электропитания Uн=14 В и Iн=30 А, генератор имеет укороченные когти. Обмотка возбуждения отделена от вала ротора и подвешена к статору между полюсными половинами ротора с помощью алюминиевых держателей (рис. 4).

 

Рис. 4. Магнитная система генератора А 14/30 Fred Marshall: 1 — втулка обмотки возбуждения; 2 — полюсный наконечник; 3 — обмотка статора; 4 — обмотка возбуждения.

Fig. 4. Magnetic system of the Marshall Fred A 14/30 alternator: 1a bushing of an excitation winding; 2a pole tip; 3a stator winding; 4the excitation winding.

 

Магнитный поток под каждой половиной когтеобразного ротора пульсирует, т. е. изменение только по величине, но не по направлению. Поэтому такие генераторы относят к переходящим моделям от индукторных пульсационных к альтернативным машинам. По имеющимся данным, в этой конструкции удалось достигнуть по весовому использованию параметров генераторов с вращающейся обмоткой возбуждения. При этом магнитный поток увеличен на 50% по сравнению с генератором с контактными кольцами.

 

Таблица 1. Сравнительный анализ индукторных генераторов

Table 1. Comparative analysis of inductor alternators

Параметры генератора

Тип генератора

Delco Remy

30 Si 400

Marshall

Fred

Motorola

8 SB 2001-R

Bosch

T4

Номинальное напряжение, В

14

14

14

28

Максимальная мощность, Вт

1200

445

1250

1700

Расчётная мощность, Вт

800

310

750

1100

Частота вращения в расчётном режиме, мин-1

2000

2200

Вес генератора без шкива, кг

13,5

3,45

11

21

Удельный коэффициент использования

в расчётном режиме, Вт/кг∙мин-1

32

41

45

21

Удельная максимальная мощность, Вт/кг

88

129

114

82

 

В табл. 1 представлен сравнительный анализ индукторных генераторов Delco Remy, Marshall, Motorola, Bosch.

Генераторы с управляемым выпрямителем фирмы Ducati (Италия). Генераторы такого типа выпускает Ducati, на разные мощности однофазного и трёхфазного напряжения. Регулирование в этих генераторах осуществляется управляемым выпрямителем на тиристорах с помощью РН. В табл. 2 представлен сравнительный анализ индукторного генератора Ducati с аналогами отечественного производства «Г303» и «ГТ-1А».

Токоскоростные характеристики рассмотренных выше генераторов как отечественного, так и зарубежного производства представлены на рис. 5 и 6.

 

Рис. 5. Токоскоростные характеристики генераторов: 1 — Niehoff А-2-125; 2 — Г-309 (15.3701); 3 — Niehoff А-81-1; 4 — Gallo Condor; 5 — Г-306 (13.3701); 6 — Ducati Е-35.14.34.01.

Fig. 5. Current-speed curves of alternators: 1the Niehoff A-2-125; 2the G-309 (15.3701); 3the Niehoff A-81-1; 4 the Gallo Condor; 5the G-306 (13.3701); 6the Ducati E-35.14.34.01.

 

Рис. 6. Токоскоростные характеристики: 1 — Motorola 8SB2001-R; 2 — Delco Remy; 3 — Bosch T-4; 4 — Fred А-14/30.

Fig. 6. Current-speed curves of alternators: 1the Motorola 8SB2001-R; 2 — the Delco Remy 30 Si 400; 3 — the Bosch T4; 4the Marshall Fred A-14/30.

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА 11.3701

Индукторный генератор 11.3701 предназначен для работы в качестве источника электроэнергии в схемах электрооборудования промышленных тракторов. В табл. 2 представлены характеристики индукторных генераторов отечественного производства в сравнении с зарубежным аналогом.

 

Таблица 2. Параметры генераторов

Table 2. Properties of alternators

Параметры генератора

Величина

Г303

ГТ-1А

Ducati

Е-35.14.34

Номинальное напряжение, В

12

12

12

Номинальная мощность, Вт

180

300

325

Расчётная мощность, Вт

225

Частота вращения, соответствующая

номинальной скорости ДВС, мин-1

3000

4000

Максимальная частота вращения, мин-1

400

4700

5000

Вес без шкива, кг

4,3

7

2,94

Удельная мощность, Вт/кг

42

43

110,5

Удельный коэффициент использования

в расчётном режиме, Вт∙мин∙103/кг

32

Наружный диаметр статора, мм

116,5

130

112

Линейная нагрузка, А/мм

280

93

497

Вес активных материалов, кг

1,8

4,1

1,6

Вес обмоточной меди, кг

0,38

0,43

0,23

 

В табл. 3 представлен сравнительный анализ индукторного генератора 11.3701 с аналогом зарубежного производства Delco Remy 30-52 min400 и перспективным образцом.

 

Таблица 3. Сравнительный анализ перспективного отечественного образца с зарубежным аналогом

Table 3. Comparative analysis of a prospective domestic prototype with a foreign alternative

Параметры генератора

Результаты

эксперимента

По

ТУ

Перспективный

образец

Delco Remy

30-52 min400

Номинальное напряжение, В

28

28

28

25/12,5

Максимальная мощность, Вт

2772

5000

975

Максимальный ток, А

99

178

78

Расчётный ток нагрузки, А

72

72

120

67

Частота вращения, при расчётном

токе нагрузки, мин-1

2250

2500

4000

2200

Частота вращения начала отдачи, мин-1

1500

1500

2500

900

Ресурс генератора, моточасы (85%)

8000

8000

8000

Масса генератора, кг

24

25

25

13,5

Диаметр расточки статора, см

14,2

14,2

11,6

Длина пакета железа статора, см

4

4

2,5

Расчётная мощность, Вт

2016

3360

840

Удельная максимальная мощность, Вт/кг

115,5

200

72

Коэффициент использования генератора,

Вт/(кг∙об/мин)∙103

37,3

33,6

28,2

Коэффициент использования активных

материалов, Вт/(кг∙об/мин)∙103

51,5

48,2

Коэффициент использования

обмоточной меди, Вт/(кг∙мин-1)

273,1

256,1

Коэффициент использования расчётного

объёма статора, Вт/(кг∙мин-1)∙103

1,1

1,04

1,1

Показатели надёжности

Наработка на отказ, моточас

5000

5000

5000

Гарантийный срок, год

2

2

2

Гарантийная наработка, моточас

4000

4000

4000

 

Генератор 11.3701 по техническому уровню соответствует лучшим мировым образцам. Предлагается повысить расчётную частоту вращения с 2000 до 4000 мин-1 и максимальную мощность генератора c 2772 до 5000 Вт, при увеличении веса всего на 1 кг, что позволит получить более высокий максимальный коэффициент использования генератора. В табл. 4 представлены результаты расчёта токоскоростной характеристики индукторного генератора 11.3701. Расчёт проводился по известной методике с использованием диаграммы Блонделя [3]. Расчёт выполнен методом последовательных приближений с помощью итераций (рис. 7).

 

Рис. 7. Зависимость ΔЕ=f (n).

Fig. 7. The ΔЕ=f (n) curves.

 

Таблица 4. Результаты расчёта магнитной цепи генератора 11.3701

Table 4. Results of calculation of the magnetic circuit of the 11.3701 alternator

Iф

5

5

10

10

20

20

30

30

40

40

Iн= Iф/0,48-1,53

8,9

8,9

19,3

19,3

40,1

40,1

61

61

81,8

81,8

n

1500

2000

1500

2500

2000

3000

2500

3500

4000

5000

Uф

22,5

22,5

22,8

22,8

23,2

23,2

23,4

23,4

23,5

23,5

f=0,1n

150

200

150

200

200

300

250

350

400

500

Iфf

750

1000

1500

2000

4000

6000

7500

10500

16000

20000

Eaq=5,52∙10-3 Iфf

4,14

5,52

8,28

11,04

22,08

33,12

41,4

57,96

88,32

110,4

Ead=0,966∙10-3∙Iфf

0,724

0,866

1,45

1,932

3,864

5,796

7,245

10,143

15,456

19,32

Eg=1,5∙10-3∙Iфf

1,125

1,5

2,25

3

6

9

11,25

15,75

24

30

Es+ Eaq

5,265

7,02

10,53

14,04

28,08

42,12

52,65

73,71

112,32

140,4

Ea=0,033Iф

0,165

0,165

0,33

0,33

0,66

0,66

0,99

0,99

1,32

1,32

Uф+ Ea

22,66

22,66

23,13

23,13

23,86

23,86

24,39

24,39

24,82

24,82

tgψ

0,23

0,309

0,455

0,607

1,1768

1,765

2,158

3,0221

4,5253

5,6567

ψ

13°

17°10

24°30

31°20

49°40

60°30

65°10

71°40

77°30

80°

sinψ

0,22

0,295

0,414

0,52

0,7623

0,870

0,907

0,9492

0,9763

0,9848

cosψ

0,97

0,955

0,91

0,8542

0,6472

0,492

0,42

0,3145

0,2164

0,1734

Egsinψ

0,25

0,442

0,933

1,56

4,5736

7,833

10,20

14,95

23,431

29,544

Uфcosψ

21,9

21,5

20,74

19,475

15,015

11,42

9,828

7,3593

5,0854

4,0796

Eadsinψ

0,16

0,285

0,601

1,0046

2,9455

5,201

6,574

9,6277

15,089

19,026

Eaqcosψ

4,03

5,27

7,534

9,4303

14,29

16,30

17,38

18,228

19,112

19,165

∑Uф

26,3

27,5

29,81

31,47

39,82

40,76

44

50,165

62,7186

71,815

Fb

1974

1974

1974

1974

1974

1974

1974

1974

1974

1974

Fd=17,026Iф∙sinψ

19,15

25,13

70,61

88,53

259,6

296,3

463,5

484,8

664,9

670,8

Fb-Fd

1954

1948

1903

1885

1717

1677

1510

1489

1309

1303

Ig= Fb-Fd\1290

1,52

1,51

1,47

1,46

1,33

1,3

1,17

1,15

1,01

1,01

Eф1

31,8

31,8

31,3

31,2

30,8

30,6

30,2

30

29,9

29,9

Eфn

23,25

31,8

23,47

39

30,8

45,9

97,75

52,2

60

74,75

ΔE

+3,12

-4,3

+5,4

-7,5

+6

-5,2

+6,25

-2

+2,7

-2,95

 

Расчётная токоскоростная характеристика индукторного генератора 11.3701 представлена на рис. 8.

 

Рис. 8. Токоскоростная характеристика индукторного генератора 11.3701.

Fig. 8. The current-speed curve of the 11.3701 alternator.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведён обзор и сравнительный анализ автотракторных индукторных генераторов отечественного и зарубежного производства, с различными магнитными системами и конструктивным исполнением. Определены преимущества и недостатки магнитной цепи индукторных генераторов как отечественного, так и зарубежного производства, которые отображены в сравнительных таблицах и токоскоростных характеристиках. Для проведения расчёта была выбрана оптимальная конструкция индукторного генератора с наиболее эффективными технико-экономическими показателями.

Проведён расчёт магнитной цепи и характеристики холостого хода трёхфазного одноименнополюсного, однопакетного индукторного генератора 11.3701 с классической зубцовой зоной и двухполупериодным выпрямителем. Расчёт токоскоростной характеристики выполнен по известной методике с использованием диаграммы Блонделя методом последовательных приближений.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Е.А. Рябых — поиск публикаций по теме статьи, написание текста рукописи, редактирование текста рукописи, создание изображений; Р.А. Малеев — экспертная оценка, утверждение финальной версии; А.В. Акимов — поиск публикаций по теме статьи. Авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Authorscontribution. E.A. Ryabykh — search for publications on the topic of the article, writing the text of the manuscript, editing the text of the manuscript, creating images; R.A. Maleev — expert opinion, approval of the final version. A.V. Akimov — search for publications on the topic of the article. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

×

Об авторах

Евгений Александрович Рябых

Московский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: fczl98@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-7112-1019
SPIN-код: 4843-6000

аспирант кафедры «Электрооборудование и промышленная электроника»

Россия, 107023, Москва, ул. Большая Семёновская, д. 38

Руслан Алексеевич Малеев

Московский политехнический университет

Email: 19rusmal@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3430-6406
SPIN-код: 7801-3294

доцент, кандидат техн. наук, профессор кафедры «Электрооборудование и промышленная электроника»

Россия, 107023, Москва, ул. Большая Семёновская, д. 38

Андрей Валентинович Акимов

Московский политехнический университет

Email: a.akimov5@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-6010-8817
SPIN-код: 8238-8598

доцент, кандидат техн. наук, доцент кафедры «Электрооборудование и промышленная электроника»

Россия, 107023, Москва, ул. Большая Семёновская, д. 38

Список литературы

  1. Рябых Е.А., Малеев Р.А., Акимов А.В. Вентильные индукторные генераторы для транспортных средств специального назначения // Известия МГТУ «МАМИ». 2023. Т. 17, №3. C. 287–294. EDN: GXYPIB doi: 10.17816/2074-0530-340855
  2. Акимов С.В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. М.: За рулём, 2001.
  3. Акимов С.В., Копылова Л.В. Расчёт выходных характеристик автотракторных индукторных генераторов. М.: МАМИ, 1987.
  4. Чернов А.Е., акимов А.В. Сравнительный анализ энергетических возможностей систем возбуждения тракторных генераторов // Тракторы и сельхозмашины. 2017. Т. 84, № 1. C. 46–53. doi: 10.17816/0321-4443-66274
  5. Чернов А.Е., Акимов А.В. Автоматизированный контрольно-измерительный стенд для исследования автомобильных и автобусных генераторных установок // Известия МГТУ «МАМИ». 2014. Т. 1, №2. C. 5–12. EDN: SXGXIL
  6. Фесенко М.Н., Копылова Л.В., Коротков В.И., Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования. М.: Машиностроение, 1992.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Схематический разрез генератора Niehoff: 1 — обмотка возбуждения, 2 — диоды выпрямителя, 3 —передняя крышка, 4 — корпус, 5 — пакет статора с обмоткой, 6 — задняя крышка, 7 — втулка, 8 — ротор.

Скачать (187KB)
3. Рис. 2. Конструкция генератора с вращающимся выпрямителем: 1 — постоянные магниты индуктора подвозбудителя; 2 — обмотка якоря подвозбудителя; 3 — выпрямительное и регулирующее устройства; 4 — обмотка возбуждения индуктора возбудителя; 5 — обмотка якоря возбудителя; 6 — вращающиеся выпрямители; 7 — обмотка возбуждения индуктора основного генератора; 8 — обмотка якоря основного генератора; 9 — центробежный вентилятор.

Скачать (105KB)
4. Рис. 3. Разрез генератора Delco Remy серии 30-si тип 400: 1 — игольчатый подшипник; 2 — вал; 3 — задняя крышка; 4 — полюса; 5 — обмотка возбуждения; 6 — статор; 7 — обмотка статора; 8 — передняя крышка; 9 — магнитопроводящая втулка; 10 — передний подшипник.

Скачать (91KB)
5. Рис. 4. Магнитная система генератора А 14/30 Fred Marshall: 1 — втулка обмотки возбуждения; 2 — полюсный наконечник; 3 — обмотка статора; 4 — обмотка возбуждения.

Скачать (168KB)
6. Рис. 5. Токоскоростные характеристики генераторов: 1 — Niehoff А-2-125; 2 — Г-309 (15.3701); 3 — Niehoff А-81-1; 4 — Gallo Condor; 5 — Г-306 (13.3701); 6 — Ducati Е-35.14.34.01.

Скачать (99KB)
7. Рис. 6. Токоскоростные характеристики: 1 — Motorola 8SB2001-R; 2 — Delco Remy; 3 — Bosch T-4; 4 — Fred А-14/30.

Скачать (80KB)
8. Рис. 7. Зависимость ΔЕ=f (n).

Скачать (104KB)
9. Рис. 8. Токоскоростная характеристика индукторного генератора 11.3701.

Скачать (82KB)

© Эко-Вектор, 2024



Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах